侧向低速冲击作用下柱的试验研究进展

公路桥梁、高层建筑等基础设施的柱结构受车辆、船舶或其他侧向冲击作用的影响日益严峻。本文介绍了现有冲击试验装置的特点及适用情况,详细梳理了钢筋混凝土柱、钢管混凝土柱、组合柱在侧向低速冲击作用下的试验研究进展,对比了材料属性、尺寸效应、边界条件、轴压比、配筋率/套箍系数等结构设计参数对柱抗侧向冲击性能的影响,为完善抗冲击设计规范和行业标准提供一定帮助。     

轴向冲击荷载作用下钢管混凝土短柱的试验研究

采用落锤式冲击试验机进行了42根钢管混凝土试件的抗冲击性能试验研究,通过测量试件的应变时程曲线和冲击力时程曲线,分析其抗冲击动力特性。试件在产生压缩变形的同时,其表面中下部多处出现局部鼓曲现象,钢管与内部混凝土之间产生相对侧移;在相同冲击荷载作用下,随着钢管壁厚增大,试件表面应变减小,钢管约束混凝土变形的效果显著;在低速冲击范围内试件所受冲击力峰值变化不大。试件破坏形态和实测结果表明,钢管混凝土具有良好的抗冲击力学性能,即具有较高的强度和屈服后承载能力,以及良好的塑性变形能力。     

基于CZM的FRP约束空心组合柱的承载性能预测

基于内聚区模型(CZM),研究了纤维增强复合材料(FRP)约束空心钢管混凝土组合柱的轴压性能数值分析方法和模型,并与试验结果对比,验证了数值模型的有效性.在此基础上,研究了主要设计参数对组合柱轴压性能的影响.研究结果表明:CZM适用于FRP约束空心钢管混凝土组合柱的FRP粘结界面性能的研究;增大混凝土强度等级、FRP的...     

两端简支GFRP管-钢骨混凝土构件抗侧向冲击性能有限元分析

目的 研究两端简支GFRP管-钢骨混凝土构件的抗侧向冲击性能,为该类构件的工程应用提供参考。方法 建立并验证侧向冲击荷载作用下两端简支GFRP管-钢骨混凝土构件有限元模型,分析了典型构件在侧向冲击荷载作用下的全过程、破坏形态、应力发展、相互作用力时程曲线和弯矩时程曲线等动态响应;研究了冲击能量、冲击冲量、钢材强度、GFRP管厚度以及截面含钢率对构件抗冲击性能的影响。结果 随着冲击能量及冲量的增大,冲击持时和构件弯曲变形增大;提高钢材强度、GFRP管厚度可以改善构件的抗冲击性能。结论 GFRP管对混凝土有较好的约束作用,构件在侧向冲击荷载作用下整体发生弯曲破坏,内部钢骨塑性变形发展充分,构件抗侧向冲击性能优越。     

侧向撞击荷载作用下方套方形钢管混凝土叠合柱动力响应的数值研究

为研究方套方形钢管混凝土叠合柱在侧向撞击荷载作用下的动力响应,本文基于有限元软件ABAQUS,建立了方套方形钢管混凝土叠合柱撞击模型,并通过已有的试验数据验证了模型的可靠性。在此基础上,利用该模型分析在侧向撞击荷载作用下方套方形钢管混凝土叠合柱的撞击力响应和动力变形。结果表明：（1）叠合柱在撞击荷载作用下的破坏模式主要包括撞击点位损伤型、叠合柱损伤型、撞击点位破坏型;（2）跨中位移随着撞击速度、撞击质量增大而增大,随着叠合柱自身刚度增加而减小,撞击力峰值、撞击力平台值受各参数影响各有不同的规律;（3）跨中位移和残余位移受撞击体的影响比自身材料和刚度的影响更加明显。研究结果可为该类结构的抗撞性能研究提供参考。     

侧向冲击作用下钢管混凝土构件的简化分析模型

对两端固定的钢管混凝土构件在冲击作用下的动力响应进行数值模拟,通过分析构件支座与跨中塑性铰形成机制及特征,提出了圆钢管混凝土构件在侧向冲击作用下的简化分析模型.一系列工况的比较与验证表明,简化分析模型估算结果与数值模拟结果误差较小,该模型在估算跨中、支座动态截面极限弯矩以及跨中截面最大挠度方面,可以得到比较满意的计算结果,可为工程提供参考.     

有侧向约束的界面阻力件抗剪试验研究

模拟钢管混凝土柱节点区钢管壁-端混凝土剪力传递的界面，进行了13个含抗剪阻力件的试件的抗剪试验，试验参数为混凝土强度、剪跨比、阻力件的位置、排数和排距，试验还考虑了纵筋销栓作用。试验结果表明，在侧限条件下，界面传递剪力能力大为提高。本试验为新型钢管混凝土柱节点的抗剪能力提供了可靠的试验依据，可供节点设计时参考。     

轴向冲击荷载下L形截面钢管混凝土短柱受力性能

为研究L形截面钢管混凝土短柱在受到轴向冲击荷载作用下的受力性能,通过落锤冲击试验,获得在不同冲击高度下的冲击应力时程曲线,并建立有限元模型,分析钢材、混凝土强度和冲击不同位置对短柱力学性能的影响。结果表明:随着冲击高度的增加,落锤冲击应力峰值增大;钢材壁厚大的试件,其冲击应力峰值较大,变形较小;选择强度较大的钢材能显著提高试件的抗冲击承载力,而混凝土强度等级的影响则相对较小,在不同的冲击位置下显示协同性较好。     

GFRP管高强混凝土空心柱轴压试验研究

为研究GFRP管高强混凝土短柱的轴心受压性能,进行了4根不同截面组合柱的轴心受压试验,主要研究其工作机理和破坏形态.试验结果表明:在荷载作用初期,组合柱GFRP管对混凝土没有约束作用,随着荷载作用增加,GFRP管表面出现白纹和轻微的响声;在极限状态时,GFRP管被拉断,并伴随巨大的响声.GFRP管-高强混凝土-钢管组合柱的承载力比GFRP管-高强混凝土-GFRP管组合柱高37%左右.采用统一理论法建立组合柱的轴压承载力计算公式,理论计算结果与试验结果吻合良好.     

混凝土板柱结构抗火性能的有限元分析

基于通用有限元软件ABAQUS,建立火灾下混凝土板柱结构的计算模型,采用不同规范中混凝土和钢筋热工参数的取值,对现有试验中的温度场及位移曲线进行模拟分析对比,在此基础上,对实际工程进行模拟分析.分析结果表明:按照美国规范选取材料的热工参数时得到的温度值最高,按照欧洲规范取值时次之,按照中国规范取值时最低;按照中国规范选取材料热工参数和材料力学参数时,模拟的混凝土温度-时间曲线和位移-时间曲线与试验吻合较好;模拟的实际工程呈现冲弯破坏的趋势,与现有试验有所差别.     

薄壁设肋方钢管混凝土柱穿心高强螺栓的抗剪性能

进行了4个薄壁设肋方钢管混凝土柱非摩擦型穿心高强螺栓抗剪性能的试验研究,发现此种连接能够可靠地传递作用在螺栓上的剪力;通过对试验结果的分析,建立了穿心高强螺栓的计算模型;并根据可能出现的破坏模式,提出了穿心高强螺栓抗剪承载力的计算公式;利用该公式计算的螺栓抗剪承载力与试验值吻和较好.     

方钢管混凝土柱节点的抗剪受力分析

为研究方钢管混凝土柱节点的受剪屈服问题,建立了方钢管混凝土柱节点抗剪受力模型。该模型在试验的基础上,将方钢管混凝土柱节点抗剪受力过程分为协同工作、共同工作、屈服强化和极限变形4个阶段,抗剪受力由钢管腹板和节点核心区混凝土共同承担,其中核心区混凝土又以平面抗剪和压杆模式分别对抗剪承载力作出贡献。综合考虑这三者的作用,该模型与试验结果吻合较好。使用该模型可对方钢管混凝土柱节点的受剪和变形等性能进行分析研究。     

钢管混凝土短柱轴向冲击动力特性的探讨

对16根钢管混凝土短柱进行了轴向冲击试验研究。通过试验证明:在冲击荷载作用下,钢管混凝土结构具有很高的承载能力和塑性变形能力,是一种理想的抗冲击结构材料。在试验的基础上利用有限元分析软件ANSYS模拟,通过模拟结果与试验结果的比较,得出了钢管混凝土短柱轴向冲击作用下的一些动力特性。     

配筋空心方钢管高强混凝土偏压短柱有限元分析

目的 研究配筋空心方钢管高强混凝土偏压短柱受力性能及延性性能,为配筋空心方钢管混凝土组合柱试验研究提供参考依据。方法 利用有限元软件ABAQUS建立了22个配筋空心方钢管高强混凝土偏压短柱模型,对构件的受力全过程及钢材屈服强度、混凝土强度、偏心距和含钢率等参数对其受力性能的影响进行分析。结果 配筋空心方钢管高强混凝土偏压短柱受力过程分为弹性阶段、弹塑性阶段、塑性强化阶段、下降阶段。增大钢材强度和含钢率可以使构件的承载力显著提升,延性也越好;提高混凝土抗压强度,构件的承载力增加但延性变差;配普通钢筋可以增加构件的承载力且改善构件的延性。结论 配筋空心方钢管高强混凝土偏压短柱充分发挥了各材料的受力特点,在减轻自重的条件下承载力较高且延性较好。     

内(圆)钢管增强方钢管混凝土偏压柱极限承载力分析数值方法

根据数值积分方法对内（圆）钢管增强的方钢管混凝土偏压弯过程进行了数值模拟,并对其极限承载力进行了计算,在大量试算的基础上,分析了含钢率,偏心距和长细比等因素对极限承载力的影响,最后,将所计算的内（圆）钢管增强的方钢混凝土偏压柱极限承载力的结果与已有的纯方钢管混凝土偏压柱的试验结果进行了对比,表明内（圆）钢管增强效果明显。     

复合材料管-钢管约束混凝土组合柱的轴压性能

通过纤维增强复合材料(FRP)管-钢管约束混凝土组合柱的轴压试验,分析组合柱的受力特点、破坏形态、本构关系和承载力。结果表明:在荷载作用初期,FRP管的约束作用较小;在荷载作用后期,FRP管的环向应力增长较快,故以FRP管的环向断裂作为承载力极限状态指标。将现有理论计算模型与试验所得受约束混凝土的应力-应变关系进行对比,发现空心构件极限应变的理论计算误差较大,而实心构件吻合较好。最后提出了一种可用于确定实心组合柱极限承载力的简化计算方法,理论计算结果与试验值符合较好。     

现浇混凝土空心板柱结构抗侧刚度的研究

运用有限元程序对5组28种不同几何参数的空心板柱结构的受力模型进行分析,研究得到了空心板柱结构几何参数中影响其抗侧刚度的关键因素,以及随之变化的内在规律.在混凝土的用量相等、柱网尺寸相同和相同荷载作用下,对比分析了空心板柱结构和实心板柱结构的抗侧刚度.     

足尺钢管混凝土柱梁节点抗剪性能试验

对10个不同节点构造的足尺钢管混凝土柱-梁节点在不同轴压比下的抗剪性能进行了试验研究.在此基础上,对不同的节点域抗剪承载力计算公式进行了比较分析,并进一步讨论了节点域受剪性能的数值模拟(OpenSEES)方法.研究表明,所有的节点均表现出良好的抗剪性能;中国规范建议的节点域抗剪承载力公式有待改进;OpenSEES数值模型合理地模拟了节点域的剪力-剪切变形性能.     

轴压“十”字异形双层钢管空心混凝土柱受力性能

基于有限元软件建立了"十"字异形双层钢管空心混凝土柱在轴向压力下的有限元模型.根据有限元模拟分析,对"十"字异形双层钢管空心混凝土柱在轴向压力作用下进行研究,讨论了柱子在轴压作用下的极限承载力、荷载-位移曲线、破坏形态和延性性能等.结果 表明:内钢管(D =50 mm)的设置能提高整体承载能力的25％左右,且延性提高,挖去内层混凝土后,对极限承载能力影响不明显;柱子高度越高对极限承载力的不利影响越大,延性降低;极限承载能力随夹层混凝土抗压强度的增大而增大但延性降低.将模拟与试验相比较,结果大致相同.     

地震作用下方钢管混凝土板柱结构抗侧刚度的分析研究

本文针对地震作用下普通钢筋混凝土板柱结构抗侧刚度差的问题,运用ANSYS有限元分析软件建立了9柱4区格的方钢管混凝土板柱计算模型,分析影响方钢管板柱结构抗侧刚度的主要因素。且在相同的柱网尺寸和荷载作用下,对比分析了方钢管板柱结构和普通钢筋混凝土板柱结构的抗侧刚度,说明方钢管板柱结构是一种值得推广应用的结构形式。